Pollux: platform independent error correction of single and mixed genomes

Background

Second-generation sequencers generate millions of relatively short, but error-prone, reads. These errors make sequence assembly and other downstream projects more challenging. Correcting these errors improves the quality of assemblies and projects which benefit from error-free reads.

Results

We have developed a general-purpose error corrector that corrects errors introduced by Illumina, Ion Torrent, and Roche 454 sequencing technologies and can be applied to single- or mixed-genome data. In addition to correcting substitution errors, we locate and correct insertion, deletion, and homopolymer errors while remaining sensitive to low coverage areas of sequencing projects. Using published data sets, we correct 94% of Illumina MiSeq errors, 88% of Ion Torrent PGM errors, 85% of Roche 454 GS Junior errors. Introduced errors are 20 to 70 times more rare than successfully corrected errors. Furthermore, we show that the quality of assemblies improves when reads are corrected by our software.

Conclusions

Pollux is highly effective at correcting errors across platforms, and is consistently able to perform as well or better than currently available error correction software. Pollux provides general-purpose error correction and may be used in applications with or without assembly.     

RNA/DNA嵌合分子介导的高效基因修复

本文介绍了RNA/DNA嵌合分子介导的高效基因修复技术。这一技术是1996年开始发展起来的全新技术,它通过人工合成的双链开环RNA/DNA嵌合分子转染细胞而使特定基因靶位点产生单碱基改变,从而修复突变基因。这一技术高效（目前最高可达50％以上）、特异性强、安全、无随机插入致变的危险、无免疫反应、无明显毒性,能够用于定点突变、基因敲除、动植物功能基因组学、药物遗传学等很多方面的研究,在不久的将来能够应用于人类基因治疗,具有很高的应用价值和医学前景。 Abstract：We introduce a new technique?targeted gene correction directed by chimeric RNA/DNA oligonucleotides which began at 1996.It uses synthetic double?stranded non?circular RNA/DNA chimeric oligonucleotides to transfect cells and make a single?based change at the targeted site of the target gene.It is highly efficient (the highest efficiency is more than 50％),highly special,safe,without danger of mutation caused by random insertion,without immune response,and without obvious toxicity.It can be used to make point mutation,or gene knock?out plants and animals,and is very likely to be used in human gene therapy in the near future.It is also valuable in the study of functional genomics,pharmacogenetics,and medicine.     

时间序列修订对森林二氧化碳通量的影响

对长白山阔叶红松林2003年生长季的涡动相关实测时间序列进行了去倾修订与超声风速仪倾斜修订,并分析了不同修订方法对森林CO2通量计算值的影响．结果表明,基于未修订时间序列计算得到的森林CO2通量(Fcraw)被高估．线性与非线性去倾对Fcraw的修订量分别为1．6％、1．8％,两者差异很小．平面拟合坐标变换与流线坐标变换对Fcraw的修订量分别为3．7％、4．7％,两者差异较大．对线性去倾后的时间序列分别进行流线坐标变换与平面拟合坐标变换,二者对Fcraw的修订量分别为5．5％与4．6％．建议对时间序列进行线性去倾与平面拟合坐标变换综合修订．     

重庆市城市化与生态环境交互关系的协整分析

运用协整理论和误差修正模型考察了重庆市1978-2007年期间城市化与生态环境相互作用的关系,遴选出作用于生态环境的2项主要的城市化指标和影响城市化的4项主要的生态环境指标,它们能反映出交互作用的机制。结果发现:1978-2007年,重庆市城市化与生态环境之间存在长期均衡关系,城市化对生态环境的正向作用明显强于生态环境对城市化的反向影响,误差修正系数较长期协整方程中的系数要小。从长期来看,城市化水平对生态环境变化的解释能力正在逐步增强,这充分证明生态环境功能的弱化是城市化步伐推进的必然结果。就城市化对生态环境的响应效果而言,一方面城市化是影响重庆市生态环境的重要原因,另一方面生态环境对城市化也存在着反作用。生态环境对城市化进程产生外在压力,但这一反馈机制往往具有一定的滞后效应。城市化对解释生态环境预测方差分解起着重要作用,然而生态环境对城市化预测方差的贡献度较小。     

桂西北喀斯特区域植被变化趋势及其对气候和地形的响应

基于1999—2010年的SPOT NDVI数据,分析了河池市植被变化趋势及空间差异,并结合气象和地形数据分析了植被与气候、地形的关系。结果表明:(1)桂西北喀斯特地区植被变化总体上呈恢复趋势,年均气候因子对植被变化的作用不明显;(2)200—500m的海拔范围内植被恢复显著,但400—500m的海拔范围内有小面积植被退化现象,随着海拔增加,植被变化趋于稳定;(3)6—15°的坡度范围内植被恢复最显著,而2—6°及大于25°坡度范围存在植被退化的现象;(4)不同坡向上的植被恢复差异不明显,但随着坡向由阴坡转阳坡,植被总体恢复呈减小趋势。喀斯特地区人类生态建设取得一定成效,但由于人类活动的负面影响,在海拔400—500m、坡度大于25°的阳坡区域仍存在植被减少的现象。     

TVDI模型的农业旱情时空变化遥感应用

温度植被干旱指数(TVDI)是一种通过反演土壤湿度来反映农业干旱状况的重要方法,其中能量平衡和植被指数的变化是影响TVDI模型精度的主要因子。在研究比值植被指数(RVI)、归一化植被指数(NDVI)、增强型植被指数(EVI)和修正土壤调节植被指数(MSAVI)和下垫面温度(Ts)的基础上,引入DEM数据并对Ts做地形校正,减少了地形起伏对能量平衡的影响,建立不同植被指数的Ts-Ⅵ特征空间,选择与土壤湿度相关性最好的温度植被干旱指数(TVDI),获取研究区2005年作物生长季(5—9月)的干旱状况,并用同步的气象信息对干旱状况进行验证。结果表明:根据不同时期采用不同植被指数的TVDI模型,经过地形校正后能够更好地反映研究区的农业干旱状况。     

基于数码相片Gamma校正的水稻叶面积指数估算

随着数码相机的日益普及,利用数码相机进行作物叶面积指数(LAI)测量不断得以应用。由于数码相机成像时会对入射光辐射强度进行Gamma编码变换,输出的相片DN(Digital Number)值与入射光辐射强度呈非线性关系,会造成在确定相片中植被叶片与背景的分割阈值时出现误差,并最终导致LAI估算存在较大不确定性。以水稻为研究对象,获取不同生长期水稻冠层相片并结合同步LAI 2000测量的LAI数据,基于相片Gamma校正原理,对水稻不同生长期冠层相片进行Gamma校正,在此基础上利用冠层孔隙率方法,估算不同生长期水稻LAI。结果表明,经过Gamma校正相片估算的水稻LAI总体精度有显著提高,相片估算的IMAGE LAI与LAI-2000测量值比较的决定系数达到0.71(P0.05)。在整个观测期内,两种方法观测的LAI值在时间变化趋势上表现一致,但在不同生长期内存在差别,在水稻分蘖期和拔节期相片估算的IMAGE LAI要高于LAI-2000测量值,孕穗期到抽穗期期间IMAGE LAI低于LAI-2000测量值,乳熟期到成熟期IMAGE LAI又高于LAI-2000的观测结果。     

地形对植被生物量遥感反演的影响——以广州市为例

目前植被生物量遥感反演研究中的地形校正主要是校正地形变化对地表反射率的影响,较少考虑地形起伏引起的像元面积与实际地表面积的差异,而这种差异将导致植被生物量估算结果的偏差.在生物量遥感反演的基础上,结合地表面积计算模型和物质守恒定律,建立了生物量地形校正模型,定量分析和讨论了地形起伏对广州市植被类型面积提取和生物量准确估算的影响.结果表明:地形校正前后全市针叶林、阔叶林、草地、灌木林和园地面积分别增加6.18％、3.70％、2.86％、1.92％和1.29％;在综合分析区域生物量遥感反演中的各种不确定性的基础上,建立的各植被类型的生物量模型均具有较高精度,相关系数均接近或者超过0.9,可以满足生物量反演的要求;全市植被生物量呈现出东、北高,西、南低的分布格局,像元实际代表的林地(阔叶林和针叶林)平均生物量为61.86t/hm2,高于珠三角区域生物量平均值,但与亚热带林的顶级群落生物量水平有较大差距,林地生物量还有较大的增长空间;经过校正地形变化引起的像元面积和实际地表面积差异对生物量提取结果的影响后,植被总生物量比校正前增加了5.82％,5种植被类型的总生物量有不同程度的增加,阔叶林、针叶林、草地、灌木林和园地分别增加了7.74％,4.76％、3.34％、2.50％和1.58％.与其它的表面积计算模型相比,利用的像元地表面积模型具有较高的精度,可以满足生物量遥感估算中地形校正的需要.     

DNA存储中的编码技术

脱氧核糖核酸(Deoxyribonucleic Acid, DNA)是一种天然的信息存储介质,具有存储密度高、存储时间长、损耗率低等特点。在传统存储方式不能满足信息增长的需求时,DNA数据存储技术逐渐成为研究热点。DNA编码是用尽可能少的碱基序列无错的存储数据信息,包括压缩(尽可能少的占用空间)、纠错(无错存储)和转换(数字信息转为碱基序列)3部分。DNA编码是DNA存储中的关键技术,它的结果直接影响存储性能的优劣和数据读写的完整。本文首先介绍DNA存储的发展历史,然后介绍DNA存储的框架,其中重点介绍DNA编码技术,最后对DNA存储中的编解码技术的未来发展方向进行讨论。     

两种生态系统服务价值评估方法比较研究——以四川省金堂县三星镇土地整治工程为例

乡镇土地整治是建设中国美丽乡村的重要途径,对当地生态环境带来正面和负面影响,如何准确评价其生态效益是国家开展土地整治和美丽乡村建设需要面临的重要科学问题。以中国西南部丘陵地区典型乡镇——四川省金堂县三星镇的土地整治工程为例,对比分析了生态系统服务价值当量修正法和单项服务评价法评估土地整治生态效益的异同,以期确定适合我国西南部丘陵地区乡镇土地整治生态效益评估的合理方法。研究结果表明:单项服务评价法的评估结果(生态系统服务价值约300万元)比当量修正法(生态系统服务价值约290万元)高3.5%。当量修正法评估的各项生态系统服务价值增量由高到低依次为:调节服务价值支持服务价值供给服务价值文化服务价值;单项服务评价法评估的生态系统服务价值增量大小排序为:调节服务价值支持服务价值文化服务价值供给服务价值。方法依据和参数的选取不同,导致评估结果具有显著差异,主要表现在单项服务评价法测算的维持养分循环价值、美学景观价值分别是当量修正法的46.90倍和6.94倍,当量修正法测算的水文调节价值是单项服务评价法的5.93倍。单项服务评价法针对各项生态系统服务特征,灵活地选取差异化评估方法,因而其评估结果更准确、真实地反映了生态效益价值。建议运用单项服务评价法评估我国西南部丘陵地区乡镇土地整治的生态效益。